传感器是一种能够感受到规定的被检测并按照一定规律转换成可输出信号的装置,以满足信的传输、处、存储、显示、记录和控制等要求。
一、传感器的组成
传感器一般由敏感元件,转换元件及基本转换电路三部分组成。
①敏感元件是直接感受被测物量,并以确定关系输出另一物量的元件(如弹性敏感元件将力,力矩转换为位移或应变输出)。
②转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数(电阻,电感,电容)及电流或电压等电信号。
③基本转换电路是将该电信号转换成便于传输,处的电量。
二、传感器的分类
按被测量对象分类
①内部信传感器主要检测系统内部的位置,速度,力,力矩,温度以及异常变化。
②外部信传感器主要检测系统的外部环境状态,它有相对应的接触式(触觉传感器、动觉传感器、压觉传感器)和非接触式(视觉传感器、超声测距、激光测距)。
传感器按工作机
①物性型传感器是利用某种性质随被测参数的变化而变化的原制成的(主要有:光电式传感器、压电式传感器)。
②结构型传感器是利用物学中场的定律和运动定律等构成的(主要有电感式传感器、电容式传感器、光栅式传感器)。
按被测物量分类
如位移传感器用于测量位移,温度传感器用于测量温度。
按工作原分类主要是有利于传感器的设计和应用。
按传感器能量源分类
①无源型:不需外加电源。而是将被测量的相关能量转换成电量输出(主要有:压电式、电感应式、热电式、光电式)又称能量转化型;
②有原型:需要外加电源才能输出电量,又称能量控制型(主要有:电阻式、电容式、电感式、霍尔式)。
按输出信号的性质分类
①开关型(二值型):是“1”和“0”或开(ON)和关(OFF);
②模拟型:输出是与输入物量变换相对应的连续变化的电量,其输入/输出可线性,也可非线性;
③数字型:(1)计数型:又称脉冲数字型,它可以是何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比;(2)码型(又称编码型):输出的信号是数字码,各码道的状态随输入量变化。其码“1”为高电平,“0”为低电平。
三、传感检测技术的地位和作用
地位:传感检测技术是一种随着现科学技术的发展而迅猛发展的技术,是机电一体化系统不可缺少的关键技术之一。
作用:能够进行信获取、信转换、信传递及信处等功能。应用:计算机集成制造系统(CIMS)、柔性制造系统(FMS)、加工中心(MC)、计算机辅助制造系统(CAM)。
在工业自动化方面却很少见。因为激光测距传感器售价太高,一般在几千美元。
霍尔传感器用途
霍尔器件具有许多优点,它们的结构牢固,体积小,重量轻,寿命长,安装方便,功耗小,频率高(可达1MHZ),耐震动,不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。
霍尔线性器件的精度高、线性度好;霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高(可达μm级)。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽,可达-55℃~150℃。
按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性,后者是检测受检对象上人为设置的磁场,用这个磁场来作被检测的信息的载体,通过它,将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等,转变成电量来进行检测和控制。
位移测量
两块磁铁同极性相对放置,将线性型霍尔传感器置于中间,其磁感应强度为零,这个点可作为位移的零点,当霍尔传感器在Z轴上作△Z位移时,传感器有一个电压输出,电压大小与位移大小成正比。
力测量
如果把拉力、压力等参数变成位移,便可测出拉力及压力的大小,按这一原理可制成的力传感器。
角速度测量
在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢,霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处,圆盘旋转一周,霍尔传感器就输出一个脉冲,从而可测出转数(计数器),若接入频率计,便可测出转速。
线速度测量
如果把开关型霍尔传感器按预定位置有规律地布置在轨道上,当装在运动车辆上的永磁体经过它时,可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号的分布可以测出车辆的运动速度。
霍尔传感器优点
1、霍尔传感器可以测量任意波形的电流和电压,如:直流、交流、脉冲波形等,甚至对瞬态峰值的测量。副边电流忠实地反应原边电流的波形。而普通互感器则是无法与其比拟的,它一般只适用于测量50Hz正弦波;
2、 原边电路与副边电路之间有良好的电气隔离,隔离电压可达9600Vrms;
3、精度高:在工作温度区内精度优于1%,该精度适合于任何波形的测量;
4、线性度好:优于0.1%;
5、宽带宽:高带宽的电流传感器上升时间可小于1μs;但是,电压传感器带宽较窄,一般在15kHz以内,6400Vrms的高压电压传感器上升时间约500uS,带宽约700Hz。
6、测量范围:霍尔传感器为系列产品,电流测量可达50KA,电压测量可达6400V。
霍尔电流传感器使用时,需遵循以意事项:
1、为了得到较好的动态特性和灵敏度,注意原边线圈和副边线圈的耦合,要耦合得好,好用单根导线且导线完全填满霍尔传感器模块孔径。
2、使用中当大的直流电流流过传感器原边线圈,且次级电路没有接通电源|稳压器或副边开路,则其磁路被磁化,而产生剩磁,影响测量精度(故使用时要先接通电源和测量端M),发生这种情况时,要行退磁处理。其方法是次边电路不加电源,而在原边线圈中通一同样等级大小的交流电流并逐渐减小其值。
3、霍尔传感器都具有较强的抗外磁场干扰能力,但是,为了获得较高的测量准确度,当有较强的磁场干扰时,要采取适当的措施来解决。通常方法有:
调整模块方向,使外磁场对模块的影响小;
在模块上加罩一个抗磁场的金属屏蔽罩。
4、测量的佳精度是在额定值下得到的,当被测电流远低于额定值时,要获得佳精度,原边可使用多匝,但是,需要注意导线的空间位置(参照条)。
霍尔原理电流传感器是基于霍尔磁平衡原理(闭环)和霍尔直测式(开环)两种基本原理。
开环电流传感器的原理:原边电流IP产生的磁通被磁芯聚集在磁路中,霍尔元件固定在很小的气隙中,对磁通进行线性检测,霍尔器件输出的霍尔电压经过电路处理后,副边输出与原边波形一致的跟随输出电压,此电压能够反映原边电流的变化。
霍尔电流传感器可以测量各种类型的电流,从直流电到几十千赫兹的交流电,其所依据的工作原理主要是霍尔效应,
当原边导线经过电流传感器时,①原边电流IP会产生磁力线,②原边磁力线集中在磁芯周围,③内置在磁芯气隙中的霍尔电极可产生和原边磁力线成正比的大小仅几毫伏的电压,④电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流IS,⑤并存在以下关系式:
(1)
其中,IS—副边电流;
IP—原边电流;
NP—原边线圈匝数;
NS—副边线圈匝数;
NP/NS—匝数比,一般取NP=1。
电流传感器的输出信号是副边电流IS,它与输入信号(原边电流IP)成正比,IS一般很小,只有100~400mA。如果
输出电流经过测量电阻RM,则可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的输出电压信号。
应用领域
汽车,家电,工业
速度检测
位置检测
磁性编码器
固态开关
黑色金属感测
振动感应
体重感应
调速转把
汽车传感器系列型号:
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DHAB S/124
DHAB S/133
DHAB S/137
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闭环霍尔电流传感器具有响应时间短、工作频率高、过载能力强、高隔离度等众多优点。一般情况下,根据输入信号、外形、内孔尺寸来选择霍尔电流传感器。在传感器行业内,江苏安科瑞霍尔电流传感器严格按照/T 7490-2007《霍尔电流互感器行业标准》规定的各项要求,相对于同行采用插针式接线不同,一律采用绿色可插拔端子,现场接线方便、可靠。
HAH1DRW 100-S/SP5, HAH1DRW 200-S/SP5, HAH1DRW 300-S/SP5, HAH1DRW 400-S/SP5, HAH1DRW 500-S/SP5,
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HSNBV-D10; HSNBV-D14